Overførsel af kvanteinformation ved hjælp af lyd

Kvantfysik har ført til nye typer sensorer, sikre dataoverførselsmetoder, og forskere arbejder på computere. Imidlertid, den største hindring er at finde den rigtige måde at parre og præcist styre et tilstrækkeligt antal kvantesystemer (f.eks. individuelle atomer).

Et team af forskere fra TU Wien og Harvard University har fundet en ny måde at overføre kvanteinformation på. De foreslår at bruge små mekaniske vibrationer. Atomer er koblet via fononer - de mindste kvantemekaniske enheder af vibrationer eller lydbølger.

"Vi tester små diamanter med indbyggede siliciumatomer-disse kvantesystemer er særligt lovende, "siger professor Peter Rabl fra TU Wien." Normalt, diamanter er udelukkende lavet af kulstof, men tilføjelse af siliciumatomer på bestemte steder skaber defekter i krystalgitteret, hvor kvanteinformation kan lagres. "Disse mikroskopiske fejl i krystalgitteret kan bruges som små switches, der kan skiftes mellem en tilstand af højere energi og en tilstand med lavere energi ved hjælp af mikrobølger.

Sammen med et team fra Harvard University, Peter Rabl's forskningsgruppe har udviklet en ny idé til at opnå målrettet kobling af disse kvanter inden for diamanten. En efter en, de kan bygges ind i en lille diamantstang, der kun måler nogle få mikrometer, som individuelle perler på en halskæde. Ligesom en stemmegaffel, denne stang kan derefter få vibrationer - dog disse vibrationer er så små, at de kun kan beskrives ved hjælp af kvanteteori. Det er gennem disse vibrationer, at siliciumatomerne kan danne en kvantemekanisk forbindelse til hinanden.

"Lys er lavet af fotoner, lysets kvantum. På samme måde, mekaniske vibrationer eller lydbølger kan også beskrives kvantemekanisk. De består af fononer - de mindste mulige enheder af mekanisk vibration, "forklarer Peter Rabl. Som forskerholdet nu har kunnet vise ved hjælp af simuleringsberegninger, et vilkårligt antal af disse kvanter kan bindes sammen i diamantstangen via fononer. De enkelte siliciumatomer tændes og slukkes ved hjælp af mikrobølger. Under denne proces, de udsender eller absorberer fononer. Dette skaber en kvanteforvikling af siliciumfejlene, således at kvanteinformation kan overføres.

Indtil nu, det var ikke klart, om sådan noget overhovedet var muligt. "Normalt ville du forvente, at fononerne blev absorberet et eller andet sted, eller at komme i kontakt med miljøet og dermed miste deres kvantemekaniske egenskaber, "siger Peter Rabl." Fononer er fjenden af ​​kvanteinformation, så at sige. Men med vores beregninger, det kunne vi vise, når den styres korrekt ved hjælp af mikrobølger, fononerne er, faktisk, kan bruges til tekniske applikationer. "

Den største fordel ved denne nye teknologi ligger i dens skalerbarhed. "Der er mange ideer til kvantesystemer, der, i princippet, kan bruges til teknologiske anvendelser. Det største problem er, at det er meget svært at forbinde nok af dem til at kunne udføre komplicerede computeroperationer, "siger Peter Rabl. Den nye strategi for at bruge fononer til dette formål kan bane vejen til en skalerbar kvante -teknologi.